CN108983303B - 基于最大加速度信号检测路面板下地基脱空的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于最大加速度信号检测路面板下地基脱空的方法。本发明方法是通过力锤锤击混凝土板产生加速度，经加速度传感器放大、转换、收集获得最大加速度值，对比最大加速度值与平均值，从而找到混凝土板脱空区域。本发明适用于水泥混凝土路面养护时的脱空判定、路面改造时的脱空判定、局部路段的脱空特检、定检、运营路面在非封闭交通状态下的脱空测定。本发明具有检测速度快、设备简便，结果可靠，成本低等优点。

Description

基于最大加速度信号检测路面板下地基脱空的方法
技术领域
本发明涉及一种地基脱空的检测方法，尤其涉及一种基于最大加速度信号检测路面板下地基脱空的方法。
背景技术
水泥混凝土路面板脱空是一种常见的公路病害，它的出现极大的影响了道路的承载能力和使用年限，同时，也对行车安全和行车的流畅性与舒适性有着极大的干扰。
许多专家学者在这方面做出了大量工作，并都存在着应用价值，可归结为以下几种脱空区检测方法：
1、基于经验的脱空检测方法，经验法的优点是直观、运用方便，但因其主观因素大而且误差大，不适用于面层完好的轻微脱空等缺点的情况，这使其应用性大大降低。
2、基于贝克曼梁和落锤式弯沉仪建立的相关检测方法，其优点是自动化程度高，但是这种方法不能快速、准确的找到脱空区域的位置。
3、基于探地雷达的脱空检测方法，其原理是利用SIR-10H型探地雷达向水泥混凝土道路发射电磁波，电磁波在传播时，当遇到不同的结构层时(面板-空气，空气-基层)，会在层间发生相应的反应和透射，然后根据其反射波的时间差来推导结构层间脱空厚度。这种方法虽能快速找到脱空区域的位置，但是还需要借助弯沉仪来确定路板底的脱空状况，这种方法操作繁琐且耗时、耗材。
因此，路基脱空检测急需解决的一个技术问题是：如何能够找到一种操作简便、快速且经济的脱空检测新方法。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，提供一种基于最大加速度信号检测路面板下地基脱空的方法。本发明的目的在于解决水泥混凝土路面脱空检测中存在的误差大、受外界影响大以及操作繁琐的难题。
为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于最大加速度信号检测路面板下地基脱空的方法，该方法是通过检测力锤锤击混凝土板产生的加速度信号，经放大、转换和收集处理，对比最大加速度值与平均值，从而找到混凝土板脱空区域；
所述方法需要借助于下述工具：力锤、工业橡皮泥、加速度传感器、电荷放大器、信号转换器、多通道集成器和计算机；所述方法内容包括如下步骤：
步骤1：将所述工具做如下布置和连接：将力锤放置在第一个检测点的水泥路面板上，将加速度传感器置于距力锤敲击点一定距离处，通过工业橡皮泥与水泥路面板粘结，并将加速度传感器依次连接电荷放大器、信号转换器和多通道集成器，再将多通道集成器与计算机连接；
步骤2：在每个检测点启动力锤锤击路面板三次，力锤高度为10～20cm，每次锤击力锤高度均保持一致；对于不同检测点力锤高度均保持一致；
步骤3：用力锤锤击路面板时，用加速度传感器采集路面板所产生的加速度信号，经电荷放大器将所采集的加速度信号放大，再用信号转换器将放大的加速度信号进行模/数转换，经多通道集成器集成后储存在计算机中；存储三次锤击所采集的数据；
步骤4：选择下一个检测点，重复步骤1～步骤3；选择检测点数量不小于三个，直到完成所有检测点的锤击采集数据为止；
步骤5：完成所有检测点的锤击检测数据后，将每个检测点的检测结果转换成加速度时程曲线，由加速度时程曲线获得各检测点的最大加速度，对比所有检测点的最大加速度值，取最小的三个最大加速度值进行平均获得平均值；若检测点最大加速度值/平均值大于3，则认为此路面板下地基脱空；若检测点最大加速度值/平均值≤3，则认为此路面板下地基非脱空。
进一步地，在步骤1中，所述加速度传感器距力锤敲击点的距离为1—3cm；在每个检测点该距离均保持一致。
进一步地，所述加速度传感器采用压电加速度传感器。
本发明的技术原理在于：利用力锤锤击混凝土板产生震动，通过加速度传感器采集震动电信号，并结合计算机对最大加速度信号进行处理分析，实现混凝土路面板下地基脱空的无损检测，即利用锤击混凝土板产生的加速度电信号检测混凝土板脱空。
由于采用上述技术方案，本发明提供的一种基于最大加速度信号检测路面板下地基脱空的方法，与现有技术相比具有这样的有益效果：
(1)本发明克服了基于经验的脱空检测方法、基于贝克曼梁和落锤式弯沉仪建立的相关检测方法和基于探地雷达的脱空检测方法中存在的缺陷和不足，解决了水泥混凝土路面脱空检测中存在的误差大、受外界影响大以及操作繁琐的问题。本发明利用加速度传感器对锤击混凝土板产生的加速度信号进行采集，提高了混凝土路面脱空检测的准确性，为如何实现混凝土板下地基脱空的无损检测提供技术支持；
(2)本发明适用范围广，其可用于水泥混凝土路面养护时的脱空判定，也可用于水泥混凝土路面改造时的脱空判定，同时它还可以用于局部路段的脱空特检、定检甚至是运营路面在非封闭交通状态下的脱空测定；
(3)本发明检测设备使用简便，检测过程仅需要用到力锤、加速度传感器，数据分析均可后期完成。本发明具有检测速度快、设备简便，结果可靠，成本低等优点。
附图说明
图1本发明的装置示意图；
图1中，力锤1、水泥路面板2、工业橡皮泥3、加速度传感器4、电荷放大器5、信号转换器6、多通道集成器7、计算机8。
图2本发明中T1-1测点的加速度时程曲线；
图3本发明中T1-3测点的加速度时程曲线；
图4本发明基于最大加速度信号检测不同测点脱空状态的检测效果对比图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
现以某路段水泥混凝土路面板为检测对象详细说明本发明方法。本发明的一种基于最大加速度信号检测路面板下地基脱空的方法，使用的工具包括：力锤1为刚性材质，工业橡皮泥3，加速度传感器为压电加速度传感器4，电荷放大器5、信号转换器6、多通道集成器7和计算机8；所述方法包括如下内容：
将所述工具做如图1所示的布置和连接：将力锤1放置在第一个检测点的水泥路面板2上，将压电加速度传感器4置于距力锤敲击点2cm处，将工业橡皮泥3抹在压电加速度传感器4的底部，使压电加速度传感器4紧贴在水泥路面板2上，同时将压电加速度传感器4依次连接电荷放大器5、信号转换器6和多通道集成器7，再将多通道集成器7与计算机8连接。
选择检测八个测点，力锤1敲击点部位选择与压电加速度传感器4固定位置为2cm，而且在每个监测点检测时，锤击点距离压电加速度传感器4均保持一致，检测八个测点分别命名为T1-1、T1-2、T1-3、T1-4、T1-5、T1-6、T1-7和T1-8，每个周期操作步骤如下：
step1：在T1-1测点，启动力锤1锤击水泥路面板2三次，力锤1高度为15cm，每次力锤高度一致；在其它七个不同检测点，力锤1高度均保持与T1-1测点的高度一致；
step2：用力锤1锤击水泥路面板2时，用压电加速度传感器4采集水泥路面板2所产生的加速度信号，经电荷放大器5将所采集的加速度信号放大，再用信号转换器6将放大的加速度信号进行模/数转换，经多通道集成器7集成后储存在计算机8中；存储三次锤击所采集的数据，获得加速度时程曲线数据，T1-1测点检测结束。
将力锤1和压电加速度传感器4移动到下一个检测点，重复step1—step2操作，依次检测T1-2、T1-3、T1-4、T1-5、T1-6、T1-7和T1-8测点，直到完成所有检测点的锤击采集数据为止。
完成所有检测点的锤击检测数据后，将每个检测点的检测结果转换成加速度时程曲线，其中T1-1测点的加速度时程曲线如图2所示，T1-3测点的加速度时程曲线图3所示；由加速度时程曲线获得各测点的最大加速度：T1-1测点为0.853cm/s2、T1-2测点为2.948cm/s2、T1-3测点为2.866cm/s2、T1-4测点为1.769cm/s2、T1-5测点为0.745cm/s2、T1-6测点为0.794cm/s2、T1-7测点为0.672cm/s2、T1-8测点为1.764cm/s2。
不同测点脱空状态的检测效果对比图如图4所示，将其中最小的三个测点的最大加速度值进行平均获得平均值为0.672cm/s2，若测点最大加速度值/平均值大于3，则认为此路面板下地基脱空。在所选的八个测点中，T1-2和T1-3测点的最大加速度值/平均值的比值均大于3：T1-2测点为4.4、T1-2测点为4.3。因此可以判定T1-2和T1-3测点的地基脱空。若测点最大加速度值/平均值≤3，则认为此路面板下地基非脱空，在所选的八个测点中，T1-1、T1-4、T1-5、T1-6、T1-7和T1-8测点最大加速度值/平均值的比值均小于等于3：T1-1测点为1.3、T1-4测点为2.6、T1-5测点为1.1、T1-6测点为1.2、T1-7测点为1、T1-8测点为2.6；则可以判定T1-1、T1-4、T1-5、T1-6、T1-7和T1-8测点地基非脱空；检测出了地基脱空位置为T1-2测点和T1-3测点。
经实际检验验证本发明方法的检测结果准确无误，因此，本发明基于最大加速度信号能够快速、准确地检测路面板下地基脱空。

Claims (3)

1.一种基于最大加速度信号检测路面板下地基脱空的方法，其特征在于：所述方法是通过检测力锤锤击混凝土板产生的加速度信号，经放大、转换和收集处理，对比最大加速度值与平均值，从而找到混凝土板脱空区域；
所述方法需要借助于下述工具：力锤、工业橡皮泥、加速度传感器、电荷放大器、信号转换器、多通道集成器和计算机；所述方法内容包括如下步骤：
步骤1：将所述工具做如下布置和连接：将力锤放置在第一个检测点的水泥路面板上，将加速度传感器置于距力锤敲击点一定距离处，通过工业橡皮泥与水泥路面板粘结，并将加速度传感器依次连接电荷放大器、信号转换器和多通道集成器，再将多通道集成器与计算机连接；
步骤2：在每个检测点启动力锤锤击路面板三次，力锤高度为10～20cm，每次锤击力锤高度均保持一致；对于不同检测点力锤高度均保持一致；
步骤3：用力锤锤击路面板时，用加速度传感器采集路面板所产生的加速度信号，经电荷放大器将所采集的加速度信号放大，再用信号转换器将放大的加速度信号进行模/数转换，经多通道集成器集成后储存在计算机中；存储三次锤击所采集的数据；
步骤4：选择下一个检测点，重复步骤1～步骤3；选择检测点数量不小于三个，直到完成所有检测点的锤击采集数据为止；
步骤5：完成所有检测点的锤击检测数据后，将每个检测点的检测结果转换成加速度时程曲线，由加速度时程曲线获得各检测点的最大加速度，对比所有检测点的最大加速度值，取最小的三个最大加速度值进行平均获得平均值；若检测点最大加速度值/平均值大于3，则认为此路面板下地基脱空；若检测点最大加速度值/平均值≤3，则认为此路面板下地基非脱空。
2.根据权利要求1所述的基于最大加速度信号检测路面板下地基脱空的方法，其特征在于：在步骤1中，所述加速度传感器距力锤敲击点的距离为1—3cm；在每个检测点该距离均保持一致。
3.根据权利要求1或2所述的基于最大加速度信号检测路面板下地基脱空的方法，其特征在于：所述加速度传感器采用压电加速度传感器。
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